深冷激光喷丸技术（Cryogenic Laser Peening，CLP），通过超低温和超高应变率的协同强化作用，在材料表面诱导产生高密度位错，显著改善材料的微观组织并增加表面残余压应力幅值，实现零件结构强度和材料塑性的有效改善，有望成为表面改性领域一种新颖的工艺方法。本文以TC6航空钛合金为研究对象，研究超低温条件下激光喷丸对材料微观组织的影响，并分析其演化规律；在此基础上，探索深冷激光喷丸强化对TC6钛合金表面残余应力以及拉伸性能的影响，揭示其强化机理。本文的主要工作如下：　　（1）在微观组织方面，建立了单晶钛的分子动力学模型，分别在超低温与常温条件下对激光冲击诱导的位错扩展进行了模拟，获得了不同温度条件下材料在冲击波作用过程中的位错演变规律。分别通过光镜、扫描电镜和透射电子显微镜对激光冲击波诱导的微观组织进行观测，研究材料的晶粒尺寸与分布以及位错组态与密度，并通过显微硬度衡量常温与超低温状态下激光冲击过程中的加工硬化行为，在此基础上揭示深冷激光喷丸的强化机理。　　（2）在残余应力场方面，基于激光喷丸诱导残余应力场的产生过程及估算模型，分析了超低温对激光喷丸诱导残余压应力幅值的影响规律。依据超低温条件以及钛合金材料属性，选择了合理的本构模型，建立了TC6钛合金的有限元模型，并开展了残余应力场的数值模拟，获得了深冷激光喷丸诱导的残余应力场分布规律。使用残余应力测试仪研究了不同激光功率密度下深冷激光喷丸及常温激光喷丸诱导的残余应力幅值与分布。　　（3）在拉伸性能方面，分别针对常温激光喷丸与深冷激光喷丸强化钛合金试样开展静态拉伸性能测试，获得了深冷激光喷丸对抗拉强度和延伸率的影响规律。采用扫描电镜对室温激光喷丸与深冷激光喷丸强化钛合金试样的拉伸断口形貌进行观测，分析了深冷激光喷丸的断口形貌特征，获得了深冷激光喷丸对钛合金材料塑性的影响。使用FWHM值评价了激光喷丸诱导的位错密度，为残余应力的产生与变化规律提供了依据。研究结果表明，深冷激光喷丸可以显著提高材料的位错密度、降低材料表层的晶粒尺寸，进而大幅提高材料表面的残余压应力幅值，并有效改善了钛合金材料的抗拉强度与塑性。